CN103955318B - 光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，所述光电互动模组具有至少两个摄像头，摄像头上安装有滤光片；方法1、至少两把光电笔，两笔分别发出不同波长的光，且根据设定的波形，亮暗按一时间间隔发出波形光；2、被安装了相应滤光片的摄像头对两把光电笔发出的光进行捕获；3、分别对两个镜头捕获到的光斑数据进行获取；4、获得各镜头捕获的光斑数据后，再根据不同笔亮暗的波形来区分其他光线的干扰；5、两个笔靠近书写，两个镜头分别能获得两只光电笔相近的光斑，对主镜头和副镜头获得的当前帧进行分别筛选。本发明能有效对光电笔进行书写运动时的跟踪，有效去除了杂点，干扰，以及书写时出现的串笔、连笔等问题。

Description

光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法

技术领域

本发明涉及计算机软件技术领域，尤其涉及一种光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法。

背景技术

随着计算机的迅速发展，产生了许多光电类产品的投影模组，一般的投影模组想要实现2点都需要通过点跟踪的方式实现，而点跟踪的方式在2只笔靠近书写时候就会产生误判，产生跳笔串笔等现象，这就是业界常说的假2笔，而与光相关的产品往往会受到外来可见光的影响，导致跳点，连笔，串笔等问题造成体验或者功能上的缺陷。由于外界的可见光影响，接收光的设备无法识别出是什么发光设备发出的光线，这样有时候会导致接收光的设备无法实现相应的功能。本专利申请文件能有效区分出光源，并进行运动轨迹的跟踪以降低外来光源对用户体验或者产品功能的影响，通过2个镜头分别接收不同波段光源，来实现真正意义上的双笔功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种光电互动投影模组自动定位的方法，本发明不单识别了设备发出的光源，还能有效对光电笔进行书写运动时的识别，有效去除了杂点，干扰，以及书写时候缺少跟踪造成的串笔、连笔等问题。

本发明是这样实现的：一种光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，所述光电互动模组具有至少两个摄像头，摄像头上安装有滤光片，两滤光片能分别滤去两种波长的光；

所述方法包括如下步骤：

步骤1、至少两把光电笔，两光电笔分别发出不同波长的光，且根据设定的波形，亮暗按一时间间隔发出波形光；

步骤2、被安装了相应滤光片的摄像头对两把光电笔发出的光进行捕获；

步骤3、分别对两个镜头捕获到的光斑数据进行获取，由于滤光片及笔的特性，一个镜头只能捕获到一光电笔发出的光，另一镜头只能捕获到另一光电笔发出的光，两个镜头能把两个组数据分开，分别当做两个单镜头进行处理；

步骤4、获得各镜头捕获的光斑数据后，再根据不同笔亮暗的波形来区分其他光线的干扰；

步骤5、两个光电笔靠近书写，两个镜头分别能获得两只光电笔相近的光斑，将两个光电笔分为主笔和副笔，则捕获主笔的镜头为主镜头，捕获副笔的镜头为副镜头，对主镜头和副镜头获得的当前帧进行分别筛选，主镜头中获得的帧有两个光斑靠着很近，则根据光斑交集方式获得的光斑能跟上一帧数据产生交集时，通过滤光片特性，判断两个点的面积，把面积小的光斑排除；副镜头也进行同样的排除，从而完成双笔靠近时区分。

进一步地，所述光斑数据包括光斑位置，面积，以及长宽信息。

进一步地，在光电笔书写到离镜头位置靠近的地方，由于滤光片的效果不同，会产生主镜头能看到副笔的光斑，副镜头能看到主笔的光斑，这时需要借助步骤4来排除干扰的光斑。

进一步地，步骤4具体为：在光电笔落笔时先等待接收一次笔完整的波形，波形中的一个波对应一个帧的数据，则对各帧中获取到的点进行筛选，根据光电笔移动的轨迹和镜头的特性，判断笔产生的光斑轨迹在每帧数据中相邻帧的光斑是否存在交集，是，则没有外界干扰点，要是不存在交集，则除去不存在交集的外界干扰点。

本发明具有如下优点：本发明通过光电笔(发光设备)单位时间内频繁的亮暗，并由摄像头(视频输入设备)接收图像。根据视频输入设备收到的亮暗次数及顺序来判断是否是该发光设备，本发明可以识别出定制的发光设备，如应用在白板领域可以区分出不同的光电笔，笔按键等，再根据光电笔选用不同类型的光，以及给镜头加入相应配套的滤光片，是镜头只能看到相应光波类型的笔发出的光，(如：可看红外光的镜头只能看到发红外光的笔发出的光源，发其他可见光的笔发出的光则无法被看到)以实现真双笔书写功能；由于光电产品受外界光源影响较大，且外界光源很多都是恒定的可见光或者是无规律的闪动，因此该发明能有较抗外界光的干扰性。另外，本发明不单识别了设备发出的光源，还能有效对光电笔靠近进行书写运动时的区分，有效去除了杂点，干扰，以及书写时候缺少跟踪造成的串笔、连笔等问题。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明光斑信息存储到编号的光斑集合的示意图。

图3为本发明中对光斑集合中存在2个以上的点与光斑信息是同一类别光斑的实施例的判断示意图。

图4编号的光斑集合中正确的几种排列序列的示意图。

图5编号的光斑集合中错误的排列序列的示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图5所示，本发明的一种光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，所述光电互动模组具有至少两个摄像头，摄像头上安装有滤光片，两滤光片能分别滤去两种波长的光；

所述方法包括如下步骤：

步骤1、至少两把光电笔，两光电笔分别发出不同波长的光，且根据设定的波形，亮暗按一时间间隔发出波形光；

步骤2、被安装了相应滤光片的摄像头对两把光电笔发出的光进行捕获；这就形成了光电互动模组能够实现真双笔的条件，即一个镜头只能捕获到相应发光的笔的光斑，而无法捕获另一只笔的光斑；

步骤3、分别对两个镜头捕获到的光斑数据进行获取，由于滤光片及笔的特性，一个镜头只能捕获到一光电笔发出的光，另一镜头只能捕获到另一光电笔发出的光，两个镜头能把两个组数据分开，分别当做两个单镜头进行处理；

步骤4、获得各镜头捕获的光斑数据后，再根据不同笔亮暗的波形来区分其他光线的干扰；所述光斑数据包括光斑位置，面积，以及长宽信息；

步骤5、两个光电笔靠近书写，两个镜头分别能获得两只光电笔相近的光斑，将两个光电笔分为主笔和副笔，则捕获主笔的镜头为主镜头，捕获副笔的镜头为副镜头，对主镜头和副镜头获得的当前帧进行分别筛选，主镜头中获得的帧有两个光斑靠着很近，则根据光斑交集方式获得的光斑能跟上一帧数据产生交集时，通过滤光片特性(即可以分别滤去2种波长的光)在这里假定成可见光与红外光，判断两个点的面积，(当副笔的光能透过主镜头的滤光片被主镜头看到的时候，主镜头也只能看到一个微弱的小光斑)把面积小的光斑排除；副镜头也进行同样的排除，从而完成双笔靠近时区分。

在本发明中，在光电笔书写到离镜头位置靠近的地方，由于滤光片的效果不同，会产生主镜头能看到副笔的光斑，副镜头能看到主笔的光斑，这时需要借助步骤4来排除干扰的光斑。

步骤4具体为：在光电笔落笔时先等待接收一次笔完整的波形，波形中的一个波对应一个帧的数据，则对各帧中获取到的点进行筛选，例如主笔是3亮1暗的工作模式，在落笔时先等待接收一次笔完整的波形，如上所设主笔是3亮1暗，则第一次落笔时候等待镜头捕获4帧的数据，再把这4帧中获取到的点进行筛选，根据光电笔移动的轨迹和镜头的特性(即一个镜头只能捕获到相应发光的笔的光斑，而无法捕获另一只笔的光斑；)，判断笔产生的光斑轨迹在每帧数据中相邻帧的光斑是否存在交集，是，则没有外界干扰点，要是不存在交集，则除去不存在交集的外界干扰点。

另外，在本发明中，该步骤4也能用另一种方式，该方式如下：

由于每个镜头都只能看到与其配对光电笔发出的光，因此可以把2个镜头看作独立的个体，每个镜头都分别执行以下步骤：

步骤11、一光电笔亮暗发出光斑，通过一视频输入设备接收光电笔各时间下的图像；

步骤12、当前接收的图像有光斑时，则处理当前接收的图像，找出图像上符合大小、亮度值、RGB分量值超过所述光电笔中预设阀值的光斑(即该阈值为光电笔中预先设置的一种光斑；该光斑的大小、亮度值、RGB分量值是固定的)，并得到光斑的信息进行保存(如图2所示)；所述光斑的信息包括：光斑中心点坐标、光斑面积、光斑的宽和高；

步骤13、由于获取的光斑是有面积的，在光电笔书写过程中产生的光斑是运动状态；根据该些特性，对光斑进行分类编号，建立不同编号的光斑集合，不同编号的集合中存在正常的光电笔发出的光斑信息，也会存有外界干扰光的光斑信息；

步骤14、对当前接收到的光斑信息，与之前保存的所有编号的光斑集合进行循环对比；该光斑信息为至少1个的光斑点；对光斑集合中是否存在2个以上的点与光斑信息是同一类别光斑，或光斑集合中是否存在1个点与光斑信息是同一类别光斑，或光斑集合中不存在点与光斑信息是同一类别光斑，进行分别判断；并将判断后的光斑信息归属到同类别的编号的光斑集合中；

步骤15、搜索每个编号的光斑集合下的所有光斑信息，找出集合中光斑个数达到光电笔中预定义的一组比较字符的长度的光斑集合；该比较字符为光电笔的光编码，并判断该编号的光斑集合下的光斑信息组合成的序列是否等于所述比较字符；是，则通过该编号的光斑集合下的光斑信息，即能断定是哪种相应的光电笔发出的光斑；否，则继续步骤14。

在本发明中，所述步骤14进一步包括：

步骤141、一编号的光斑集合中存在2个以上的点，则之前保存的光斑已经形成了运动轨迹的点集，用形成轨迹的点集中最新的2个点组成一条直线一，该最新的2个点即为最后归属到光斑集合中的2个光斑点；获得当前接收的光斑到该直线一的距离，并选出距离最小的一直线二，得到该直线二所在光斑集合的编号，再根据该直线二所在光斑的集合获得该集合中的光斑，到该直线二最小距离的点，验证光斑集合中到直线二最小距离的点与获得的当前接收的光斑的点是否是同一个，同一个则为当前接收的光斑的点找到了能配对的轨迹，然后进行第3次的验证：判断当前接收的光斑点是否在光电笔的运动轨迹上，即判断所述最新的2点，预测这2个点的方向向量上的对称点把最后的点的面积赋予给这个对称点；该最后的点为之前最后归属到光斑集合中的点；判断前2次验证后得到的光斑是否与所述对称点的面积存在着交集，是则收到的当前光斑是在这个运动轨迹上，将当前光斑信息归属到该运动轨迹对应的编号的光斑集合中，否则收到的当前光斑不在这个轨迹上；

步骤141即为：判断新的光斑的归属时，因为捕获图像时候新的光斑可以是1个，也可以是N个，然后之前形成点运动轨迹的(即是上文中光斑集合的队列中有2个或2个以上点的时候)，先确认出第N个新光斑(0-N进行循环，每一个光斑都进行这个步骤)离哪一条直线比较近(这里的直线是指每个队列中最新的2个点形成的直线，即最后归属到光斑集合中的2个光斑点)，近进的即设为直线一，获得该直线一的光斑集合的编号，然后再进行验证，这里验证就是指把该直线一与新进的所有光斑点进行计算，看哪一个点离这条直线一最近，然后判断这2次的结果是否一致(第N个光斑点算出了该点离这条直线最近，这条直线反过来验证到了第M个光斑点离自己最近，判断N是否等于M)，如果一致，该光斑就匹配该直线所在的队列，然后再进行第3次验证，第3次和跟踪有关，判断该点是否在这个发光笔的运动轨迹上，即判断队列中最新的2点预测这2个点的方向向量上的对称点把最新的那个点的面积赋予这个对称点(这里的最新指的是上一次归属的最后的那个点)，然后判断前2次验证后得到的光斑是否和所述对称点存在交集；是则完成第3次验证，只有通过这3次验证，才是真正光斑匹配完成，然后进行到编码波形判断及数据的模拟过程。(例如一实施例：如图3所示，A，B两点是光斑集合的队列中最新的2个点，2个点形成是有先后的，A比B早，所以直线也是有方向性的，C点就是我们计算出来A，B两点方向向量上的点；则C点处理的区域，实际上是B点的光斑大小，C点是我们预想的位置，然后将B点的光斑大小赋予C点，D点表示新进的光斑未匹配到队列的，D点处的区域表示D的光斑面积，判断C，D两个区域是否有交集，有则认为D在A,B点所在的队列中。如果在C处没有交集，则该方式的判断在B点处再进行一次，如果依然没有，则认为该新进的光斑不在一个光斑集合的队列中；即不在该发光设备的运动轨迹上)。

步骤142、判断完编号的光斑集合中存在2个点的情况后，若没有找到收到的当前光斑对应的轨迹，则继续判断编号的光斑集合中只存在1个点的集合，即判断集合中的点的面积区域是否与收到的当前光斑的面积区域是否存在交集，是则收到的当前光斑在该区域中，将当前光斑归属到该编号的光斑集合中，否则进入步骤143；

步骤143、若收到的当前光斑在步骤141和142中都没有找到与其配对的轨迹，或者点集合中没有同类的点，则直接把当前光斑分别放入没有放入光斑点的空编号的光斑集合中，形成新的编号；

步骤144、循环所有的光斑编号集合，并向当前没填入光斑信息的集合中补入一个弹起的标志点；该标志点表示当时状态下光斑集合中没有符合收到的当前光斑信息。

所述步骤15进一步包括：在有光斑信息归属到编号的光斑集合中，则1个光斑信息即对应一个有亮点的标志，该有亮点的标志用1表示，无亮点的标志用0表示；所述光编码为0和1组成的比较字符，且比较字符长度为L，所述L为大于3的整数；则搜索每个编号的光斑集合下的所有光斑信息，找出集合中光斑个数达到所述比较字符的长度L的编号的光斑集合，该编号的光斑集合下的光斑信息对应的亮点的标志0或1以任意顺序进行排列得到一序列，只要排列的序列与光编码一样；则通过该编号的光斑集合下的光斑信息，即能断定是哪种相应的光电笔发出的光斑(例如：把有亮点的标志设为1，无亮点的标志设为0，假设光电笔的光编码是【1，1，1，0】，若一编号集合下的光斑信息存在3个1和1个0，无论0和1是以何种顺序排列的，都认为它形成了光编码(如图4所示)，如果未满4个光斑信息则跳过等待填满4个光斑信息后再进行判断光编码，满足存在4个光斑信息时则开始判断光编码，如果1和0的个数不对(如图5所示)，则认为不形成编码，不形成编码的编号集合，若已经存在4个信息了，则把信息清空，抛弃)。

步骤16、编号的光斑集合下的光斑信息保存时，如图2所示，当满足填满光斑集合构成的数据量后(如光斑集合的数据量为4个)，再填入数据时，要先抛弃掉最早保存的光斑信息(最早即为光斑集合中第一个光斑信息)，再加入新的光斑信息。(例如：将光斑集合的数据存储认为是一个队列(当然还有其他的形式)队列的原则就是先进先出，比如我们一个编码是亮3暗1(设亮点为1，暗时为0)，我们就设这个队列的大小为4，在队列放满后，判断队列的顺序是否是1110，如果是，则判断这个光笔已经落在白板上，然后随着光笔的运动，每次进来一个点，当这个点匹配到这只笔后我们根据队列原则去掉最前面的1，在最后面加入最新的点(这时候队列中可能形成1101这个编码)，只要队列中符合3个亮点1个暗点的情况(如正弦的波形状)我们就认为编码是正常的，这个点马上进行处理把点模拟出去。)

确定相应发光设备发出的光斑后；再根据设备实现相应的功能(如光电笔按键功能，光电笔的书写功能等)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，其特征在于：所述光电互动模组具有至少两个摄像头，摄像头上安装有滤光片，两滤光片能分别滤去两种波长的光；

所述方法包括如下步骤：

步骤1、至少两把光电笔，两光电笔分别发出不同波长的光，且根据设定的波形，亮暗按一时间间隔发出波形光；

步骤2、被安装了相应滤光片的摄像头对两把光电笔发出的光进行捕获；

步骤3、分别对两个镜头捕获到的光斑数据进行获取，由于滤光片及笔的特性，一个镜头只能捕获到一光电笔发出的光，另一镜头只能捕获到另一光电笔发出的光，两个镜头能把两个组数据分开，分别当做两个单镜头进行处理；

步骤4、获得各镜头捕获的光斑数据后，再根据不同笔亮暗的波形来区分其他光线的干扰；

步骤5、两个光电笔靠近书写，两个镜头分别能获得两只光电笔相近的光斑，将两个光电笔分为主笔和副笔，则捕获主笔的镜头为主镜头，捕获副笔的镜头为副镜头，对主镜头和副镜头获得的当前帧进行分别筛选，主镜头中获得的帧有两个光斑靠着很近，则根据光斑交集方式获得的光斑能跟上一帧数据产生交集时，通过滤光片特性，判断两个光斑的面积，把面积小的光斑排除；副镜头也进行同样的排除，从而完成双笔靠近时区分。

2.根据权利要求1所述的光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，其特征在于：所述光斑数据包括光斑位置，面积，以及长宽信息。

3.根据权利要求1所述的光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，其特征在于：在光电笔书写到离镜头位置靠近的地方，由于滤光片的效果不同，会产生主镜头能看到副笔的光斑，副镜头能看到主笔的光斑，这时需要借助步骤4来排除干扰的光斑。

4.根据权利要求1所述的光电互动模组中对双笔进行识别及双笔靠近时区分方法，其特征在于：步骤4具体为：在光电笔落笔时先等待接收一次笔完整的波形，波形中的一个波对应一个帧的数据，则对各帧中获取到的点进行筛选，根据光电笔移动的轨迹和镜头的特性，判断笔产生的光斑轨迹在每帧数据中相邻帧的光斑是否存在交集，是，则没有外界干扰点，要是不存在交集，则除去不存在交集的外界干扰点。